Русский
English 21-29 стр.
Полимерные композиты широко используются в космической промышленности для изготовления космических аппаратов, спутниковых панелей, антенн, терморегулирующих по-крытий и др. В космосе они подвергаются суровым условиям окружающей среды, таким как ультра-фиолет, глубокий вакуум, атомарный кислород, заряженные частицы, антропогенные обломки, микрометеоиды, электромагнитное излучение и термические циклы, которые вызывают сильную деградацию материала. Одним из наиболее важных экологических эффектов материалов на основе полимеров является термический цикл, в котором композит подвергается большой разнице температур от ˗170˚C до + 200˚C. В работе представлена оценка использования композитов на основе полиалканимидной матрицы и наполнителя в виде SiO2 аморфной и кристаллической структуры в условиях термоциклирования. Представлены данные по изменению предела прочности при растяжении, модуля упругости при растяжении и относительного удлинения при растяжении материалов после нескольких циклов резкого перепада теператур (от -190 до +200° С). Термический цикл повторялся 5, 10 и 20 раз. Показано, что образец полиалканимида обладает большим значением прочности при растяжении и модулем упругости по сравнению с высоконаполненными композитами. Однако, при термоциклировании наблюдается значительное снижение этих параметров. Для высо-конаполненного образца композита с 65 % содержанием кристаллического SiO2 снижение прочности при растяжении и модуля упругости после термоциклирования незначительно и находится в пределах погрешности измерения. Композит с аморфным SiO2 более подвержен изменению механических свойств после термоциклирования в сравнении с композитом, содержащим кристаллический SiO2.
1. Нестерко Е.Э., Бутова М.В. Применение полимерных материалов в современной стоматологии // Молодой ученый. 2015. №24 (1). С. 49 – 51.
2. Kumar A.P., Irudhayam S.J., Naviin D. A Review on Importance and Recent Applications of Polymer Composites in Orthopaedics // International Journal of Engineering Research and Development. 2012. V. 5. P. 40 – 43.
3. Koniuszewska A.G., Kaczmar J.W. Application of Polymer Based Composite Materials in Transportation // Progress in Rubber, Plastics and Recycling Technology. 2016. V. 32. N1. P. 1 – 23.
4. Parka C.K., Kana C.D., Reagan S., Deshpande B.R. Crashworthiness of composite inserts in vehicle structure // International Journal of Crashworthiness. 2017. V. 17/6. P. 665 – 675.
5. Алфимова Н.И., Пириева С.Ю., Федоренко А.В., Шейченко М.С., Вишневская Я.Ю. Современные тенденции развития радиационно-защитного материаловедения // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2017. № 4. С. 20 – 25.
6. Gucma M., Bryll K. , Przetakiewicz W., Gawdzińska K., Piesowicz E. Technology of single polymer polyester composites and proposals for their recycling // Scientific Journals of the Maritime University of Szczecin. 2015. V. 44 (116). P. 14 – 18.
7. Gorev Y.A., Rivkind V.N. Polyester composites for shipbuilding // Russian Journal of General Chemistry. 2010. V. 80. P. 2098 – 2114.
8. Hooshangi Z., Feghhi S.A.H., Saeedzadeh R. The effects of low earth orbit atomic oxygen on the properties of Polytetrafluoroethylene // Acta Astronautica. 2016. V. 119. P. 233 – 240.
9. Tagawa M., Yokota K. Atomic oxygen-induced polymer degradation phenomena in simulated LEO space environments: How do polymers react in a complicated space environment? Acta Astronautica. 2008. V. 62. P. 203 – 211.
10. Singh L., Samra K.S. Opto-structural characterization of proton (3 MeV) irradiated polycarbonate and polystyrene // Radiation Physics and Chemistry. 2008. V. 77. P. 252 – 258.
11. Stiegman A.E., Liang R.H. Ultraviolet and Vacuum-Ultraviolet Radiation Effects on Spacecraft Thermal Control Materials. In: DeWitt R.N., Duston D., Hyder A.K. (eds) The Behavior of Systems in the Space Environment. NATO ASI Series (Series E: Applied Sciences). V. 245. Springer, Dordrecht, 1993.
12. Черкашина Н.И., Павленко З.В., Ястребинская А.В., Толыпина Н.М. Деградация оптических характеристик полиалканимида при облучении электронами // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. №11. С. 173 – 176.
13. Lisbona E.F., Baur C., Witteveen B., Guiot M. Fast Ambient Pressure Thermal cycling of space solar array samples under equivalent AM0 illumination conditions // 2014 IEEE 40th Photovoltaic Specialist Conference (PVSC), Denver, CO. 2014. P. 1802 – 1804.
14. Акишин А.И., Новиков Л.С. Воздействие окружающей среды на материалы космических аппаратов. М. Знание, 1983/4. С. 64.
15. Han J., Kim C. Low earth orbit space environment simulation and its effects on graphite/epoxy composites // Composite Structures. 2006. V. 72. P. 218 – 226.
16. Ahlborn K., Knaak S. Cryogenic mechanical behaviour of a thick-walled carbon fibre reinforced plastic structure // Cryogenics. 1998. V. 28 (4). P. 273 – 277.
17. Bechel V.T., Fredin M.B., Donaldson S.L., Kim R.Y., Camping J.D. Combined Cryogenic and Elevated Temperature Cycling of Carbon/Polymer Composites // Proceedings of 47th SAMPLE International Symposium, Long Beach, CA. 2002. P. 808 – 819.
18. Henaff-Gardin G., Lafarie M.C. Specificity of matrix cracking development in CFRP laminates under stress and thermal cycling // International Journal of Fatigue. 2002. Vol. 24(2-4). P. 171 – 177.
19. Biernacki K., Szyszkowski W., Yannacopoulos S. Effects of Thermal Cycling on Static Bearing Strength of Pin-Connected Carbon/PPS Composites // Composites Part A. 1999. Vol. 30. P. 1027 – 1034.
20. T. Yılmaz, T. Sınmazcelik Effects of thermal cycling on static bearing strength of pin-connected carbon/PPS composites // Polymer composites. 2010. V. 31. P. 328 – 333.
21. Лотоцкая В.А., Яковенко Л.Ф., Алексенко Е.Н. и др. Влияние лабораторно имитируемых факторов космического пространства на циклическую прочность углепластиков // Вопросы атомной науки и техники. 2011. №4. C. 118 – 123.
22. Ghasemi A.R., Moradi M. Effect of thermal cycling and open-hole size on mechanical properties of polymer matrix composites // Polymer Testing. 2017. V. 59. P. 20 – 28.
23. Vu D.Q., Gigliotti M., Lafarie-Frenot M.C. Experimental characterization of thermo-oxidation-induced shrinkage and damage in polymer-matrix composites // Composites Part A. 2012. V. 43. N4. P. 577 – 586.
24. S.M.R. Khalili, Najafi M., Eslami-Farsani. R. Effect of Thermal Cycling on the Tensile Behavior of Polymer Composites Reinforced by Basalt and Carbon Fibers // Mechanics of Composite Materials. 2017. V. 52. P. 807 – 816.
25. Shimokawa T., Katoh H., Hamaguchi Y., Sanbongi S., Mizuno H., Nakamura H., Asagumo R., Tamura H. Effect of Thermal Cycling on Microcracking and Strength Degradation of High-Temperature Polymer Composite Materials for Use in Next-Generation SST Structures // Journal of Composite Materials. 2002. V. 36 (7). P. 885 – 895.
26. Colin X., Verdu J. Strategy for studying thermal oxidation of organic matrix composites // Composites Science and Technology. 2005. V. 65. N3-4. P. 411 – 419.
27. Shishevan F.A., Akbulut H. Effects of Thermal Shock Cycling on Mechanical and Thermal Properties of Carbon/Basalt Fiber-Reinforced Intraply Hybrid Composites // Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Mechanical Engineering. 2018. P. 1 – 9.
28. Azghan M.A., Eslami-Farsani R. The effects of stacking sequence and thermal cycling on the flexural properties of laminate composites of aluminium-epoxy/basalt-glass fibres. Materials Research Express. 2018. V. 5 (2). 025302.
29. Lafarie-Frenot M.C., Rouquie S. Influence of oxidative environments on damage in c/epoxy laminates subjected to thermal cycling // Composites Science and Technology. 2004. V. 64. N10-11. P. 1725 – 1735.
30. Черкашина Н.И., Наумова Л.Н., Павленко А.В., Иваницкий Д.А. Исследование влияния гидротермального синтеза на структуру β-кварца // Вестник технологического университета. 2017. №20. С. 72 – 74.
31. Fayolle B., Richaud E., Colin X., Verdu J. Review: degradation-induced embrittlement in semi-crystalline polymers having their amorphous phase in rubbery state // Journal of Materials Science. 2008. V. 43. P. 6999 – 7012.
32. Грасси Н., Скотт Дж. Деструкция и стабилизация полимеров: пер. с англ. Москва: Мир, 1988. 246 с.
2. Kumar A.P., Irudhayam S.J., Naviin D. A Review on Importance and Recent Applications of Polymer Composites in Orthopaedics // International Journal of Engineering Research and Development. 2012. V. 5. P. 40 – 43.
3. Koniuszewska A.G., Kaczmar J.W. Application of Polymer Based Composite Materials in Transportation // Progress in Rubber, Plastics and Recycling Technology. 2016. V. 32. N1. P. 1 – 23.
4. Parka C.K., Kana C.D., Reagan S., Deshpande B.R. Crashworthiness of composite inserts in vehicle structure // International Journal of Crashworthiness. 2017. V. 17/6. P. 665 – 675.
5. Алфимова Н.И., Пириева С.Ю., Федоренко А.В., Шейченко М.С., Вишневская Я.Ю. Современные тенденции развития радиационно-защитного материаловедения // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2017. № 4. С. 20 – 25.
6. Gucma M., Bryll K. , Przetakiewicz W., Gawdzińska K., Piesowicz E. Technology of single polymer polyester composites and proposals for their recycling // Scientific Journals of the Maritime University of Szczecin. 2015. V. 44 (116). P. 14 – 18.
7. Gorev Y.A., Rivkind V.N. Polyester composites for shipbuilding // Russian Journal of General Chemistry. 2010. V. 80. P. 2098 – 2114.
8. Hooshangi Z., Feghhi S.A.H., Saeedzadeh R. The effects of low earth orbit atomic oxygen on the properties of Polytetrafluoroethylene // Acta Astronautica. 2016. V. 119. P. 233 – 240.
9. Tagawa M., Yokota K. Atomic oxygen-induced polymer degradation phenomena in simulated LEO space environments: How do polymers react in a complicated space environment? Acta Astronautica. 2008. V. 62. P. 203 – 211.
10. Singh L., Samra K.S. Opto-structural characterization of proton (3 MeV) irradiated polycarbonate and polystyrene // Radiation Physics and Chemistry. 2008. V. 77. P. 252 – 258.
11. Stiegman A.E., Liang R.H. Ultraviolet and Vacuum-Ultraviolet Radiation Effects on Spacecraft Thermal Control Materials. In: DeWitt R.N., Duston D., Hyder A.K. (eds) The Behavior of Systems in the Space Environment. NATO ASI Series (Series E: Applied Sciences). V. 245. Springer, Dordrecht, 1993.
12. Черкашина Н.И., Павленко З.В., Ястребинская А.В., Толыпина Н.М. Деградация оптических характеристик полиалканимида при облучении электронами // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. №11. С. 173 – 176.
13. Lisbona E.F., Baur C., Witteveen B., Guiot M. Fast Ambient Pressure Thermal cycling of space solar array samples under equivalent AM0 illumination conditions // 2014 IEEE 40th Photovoltaic Specialist Conference (PVSC), Denver, CO. 2014. P. 1802 – 1804.
14. Акишин А.И., Новиков Л.С. Воздействие окружающей среды на материалы космических аппаратов. М. Знание, 1983/4. С. 64.
15. Han J., Kim C. Low earth orbit space environment simulation and its effects on graphite/epoxy composites // Composite Structures. 2006. V. 72. P. 218 – 226.
16. Ahlborn K., Knaak S. Cryogenic mechanical behaviour of a thick-walled carbon fibre reinforced plastic structure // Cryogenics. 1998. V. 28 (4). P. 273 – 277.
17. Bechel V.T., Fredin M.B., Donaldson S.L., Kim R.Y., Camping J.D. Combined Cryogenic and Elevated Temperature Cycling of Carbon/Polymer Composites // Proceedings of 47th SAMPLE International Symposium, Long Beach, CA. 2002. P. 808 – 819.
18. Henaff-Gardin G., Lafarie M.C. Specificity of matrix cracking development in CFRP laminates under stress and thermal cycling // International Journal of Fatigue. 2002. Vol. 24(2-4). P. 171 – 177.
19. Biernacki K., Szyszkowski W., Yannacopoulos S. Effects of Thermal Cycling on Static Bearing Strength of Pin-Connected Carbon/PPS Composites // Composites Part A. 1999. Vol. 30. P. 1027 – 1034.
20. T. Yılmaz, T. Sınmazcelik Effects of thermal cycling on static bearing strength of pin-connected carbon/PPS composites // Polymer composites. 2010. V. 31. P. 328 – 333.
21. Лотоцкая В.А., Яковенко Л.Ф., Алексенко Е.Н. и др. Влияние лабораторно имитируемых факторов космического пространства на циклическую прочность углепластиков // Вопросы атомной науки и техники. 2011. №4. C. 118 – 123.
22. Ghasemi A.R., Moradi M. Effect of thermal cycling and open-hole size on mechanical properties of polymer matrix composites // Polymer Testing. 2017. V. 59. P. 20 – 28.
23. Vu D.Q., Gigliotti M., Lafarie-Frenot M.C. Experimental characterization of thermo-oxidation-induced shrinkage and damage in polymer-matrix composites // Composites Part A. 2012. V. 43. N4. P. 577 – 586.
24. S.M.R. Khalili, Najafi M., Eslami-Farsani. R. Effect of Thermal Cycling on the Tensile Behavior of Polymer Composites Reinforced by Basalt and Carbon Fibers // Mechanics of Composite Materials. 2017. V. 52. P. 807 – 816.
25. Shimokawa T., Katoh H., Hamaguchi Y., Sanbongi S., Mizuno H., Nakamura H., Asagumo R., Tamura H. Effect of Thermal Cycling on Microcracking and Strength Degradation of High-Temperature Polymer Composite Materials for Use in Next-Generation SST Structures // Journal of Composite Materials. 2002. V. 36 (7). P. 885 – 895.
26. Colin X., Verdu J. Strategy for studying thermal oxidation of organic matrix composites // Composites Science and Technology. 2005. V. 65. N3-4. P. 411 – 419.
27. Shishevan F.A., Akbulut H. Effects of Thermal Shock Cycling on Mechanical and Thermal Properties of Carbon/Basalt Fiber-Reinforced Intraply Hybrid Composites // Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Mechanical Engineering. 2018. P. 1 – 9.
28. Azghan M.A., Eslami-Farsani R. The effects of stacking sequence and thermal cycling on the flexural properties of laminate composites of aluminium-epoxy/basalt-glass fibres. Materials Research Express. 2018. V. 5 (2). 025302.
29. Lafarie-Frenot M.C., Rouquie S. Influence of oxidative environments on damage in c/epoxy laminates subjected to thermal cycling // Composites Science and Technology. 2004. V. 64. N10-11. P. 1725 – 1735.
30. Черкашина Н.И., Наумова Л.Н., Павленко А.В., Иваницкий Д.А. Исследование влияния гидротермального синтеза на структуру β-кварца // Вестник технологического университета. 2017. №20. С. 72 – 74.
31. Fayolle B., Richaud E., Colin X., Verdu J. Review: degradation-induced embrittlement in semi-crystalline polymers having their amorphous phase in rubbery state // Journal of Materials Science. 2008. V. 43. P. 6999 – 7012.
32. Грасси Н., Скотт Дж. Деструкция и стабилизация полимеров: пер. с англ. Москва: Мир, 1988. 246 с.
Черкашина Н.И., Павленко А.В. Влияние кристаллической структуры SiO2 на термическое циклирование полимерных композитов // Строительные материалы и изделия. 2018. Том 1. №4. С. 21 – 29. https://doi.org/10.34031/2618-7183-2018-1-4-21-29